Η προέλευση της μάζας: Δεν οφείλεται σε αυτό που νομίζετε

Και μικρό ενδιαφέρον να έχετε για τη σωματιδιακή φυσική, κάπου θα έχετε ακούσει για το μποζόνιο Higgs. Το επονομαζόμενο και σωματίδιο του Θεού είναι η κύρια εξήγηση που υπάρχει σήμερα για την προέλευση των υποατομικών σημειακών σωματιδίων. Κατ επέκταση, στο μποζόνιο Higgs οφείλεται η μάζα όλου του σύμπαντος, έτσι δεν είναι; Υπάρχει μόνο ένα πρόβλημα με αυτή τη δήλωση – είναι εντελώς λάθος. Ας κάνουμε μια διευκρίνηση. Μιλάμε μόνο για τη συνηθισμένη ύλη. Η τελευταία είναι η γνωστή μας ύλη από την οποία φτιάχνονται όλα τα σώματα: από εμάς έως όλα τα άστρα στον ουρανό. Σαφώς δεν μιλάμε για τη σκοτεινή ύλη, η οποία είναι απαραίτητη για να εξηγήσει κάποια αστρονομικά μυστήρια, αλλά είναι εντελώς άσχετη για την καθημερινή ζωή μας.

Το Higgs εξηγεί μόνο τη μάζα των ίδιων των κουάρκ, κάτι που προφανώς έχει σχέση με το 2% της μάζας ενός νουκλεονίου μόνο.

Δεν είναι ενδιαφέρον το γεγονός ότι το «σωματίδιο του Θεού» παίζει τόσο ασήμαντο ρόλο σε αυτή την περίπτωση;

Περισσότερη εξήγηση σε λίγο…

Εκτός από τον πυρήνα ένα άτομο έχει και ηλεκτρόνια τα οποία είναι εξαιρετικά ελαφρά. Ένα νουκλεόνιο (νετρόνιο ή πρωτόνιο) για παράδειγμα ζυγίζει όσο 2.000 ηλεκτρόνια μαζί. Για πρακτικούς λόγους, θεωρούμε ότι η μάζα των ατόμων βρίσκεται στα νουκλεόνια.

Είναι δε κοινά αποδεκτό ότι τα νουκλεόνια είναι κατασκευασμένα από τρία κουάρκ, γεγονός που είναι αλήθεια ως ένα σημείο. Είναι λογικό να σκεφτεί κανείς ότι η μάζα των τριών κουάρκ μαζί μας κάνει τη μάζα ενός νουκλεονίου, όμως αυτό δεν είναι αλήθεια. Η μάζα των τριών κουάρκ αποτελεί το 1% – 2% της μάζας των νουκλεονίων. Και τι κάνει το άλλο 98 τοις εκατό;

Τώρα είναι που τα πράγματα δυσκολεύουν αλλά γίνονται και ενδιαφέροντα. Κατ ‘αρχάς, πρέπει να ξέρετε ότι ένα νουκλεόνιο δεν είναι ένα στατικό αντικείμενο με τρία συστατικά. Ένα νουκλεόνιο αποτελείται από τρία πολύ ελαφρά κουάρκ που συγκρατούνται μαζί χάρις στην ισχυρή πυρηνική δύναμη. Και αυτά τα τρία κουάρκ κινούνται με υψηλές ταχύτητες μέσα στο νουκλεόνιο. Για να το καταλάβετε φανταστείτε τρεις μπάλες του πινγκ πονγκ μέσα σε ένα μηχάνημα κλήρωσης του λόττο. Οι μπάλες αυτές του πινγκ πονγκ δεν είναι το πιο σημαντικό πράγμα εκεί μέσα. Μάλλον, θα πρέπει να επικεντρωθούμε σε αυτό που τους αναγκάζει να βρίσκονται σε κίνηση. Σκεφτείτε τα νουκλεόνια ως τρία κουάρκ που τα πετάτε με μανία μέσα σε ένα μικρό υποατομικό ανεμοστρόβιλο. Ο ανεμοστρόβιλος δεν είναι πολύ πιο σημαντικός από τα μικροσκοπικά κουάρκ; Έτσι και η αιτία που αναγκάζει τα κουάρκ στην φρενιτιώδη κίνηση τους είναι πιο σημαντική από τα ίδια τα κουάρκ.

Η εξήγηση έχει σχέση με τον τύπο του Αϊνστάιν E = mc2. Η εξίσωση αυτή μας λέει ότι η μάζα και η ενέργεια είναι ένα και το αυτό. Από όσα γνωρίζουμε για τη μάζα των νουκλεονίων, βλέπουμε ότι περίπου το 98 τοις εκατό της μάζας του σύμπαντος δεν είναι η μάζα με τον συνηθισμένο τρόπο που σκεφτόμαστε γι ‘αυτή. Αντίθετα, η μάζα οφείλεται στην αποθηκευμένη ενέργεια των μικροσκοπικών κουάρκ.

Και πώς ταιριάζει το μποζόνιο Higgs σε όλα αυτά; Ενώ η μάζα των νουκλεονίων (και, κατ ‘επέκταση, το περισσότερο από το ορατό σύμπαν) έχει σαν αιτία την ενέργεια που αποθηκεύεται στο πεδίο της ισχυρής πυρηνικής δύναμης, η μάζα των ίδιων των κουάρκ προέρχεται από διαφορετική πηγή. Η μάζα των κουάρκ και των λεπτονίων (ηλεκτρόνια και νετρίνα) πιστεύεται ότι προκαλείται από το μποζόνιο Higgs. Είναι σημαντικό να θυμάστε ότι λέμε «πιστεύεται ότι προκαλείται», που απλώς σημαίνει ότι είναι η πιο δημοφιλής θεωρητική πρόταση. Στην πραγματικότητα, δεν γνωρίζουμε γιατί τα κουάρκ και τα λεπτόνια έχουν τις μάζες που έχουν. Γι ‘αυτό και η αναζήτηση του μποζονίου Higgs είναι τόσο ενδιαφέρουσα. Η προσπάθεια των φυσικών να λύσουν ένα τόσο μεγάλο μυστήριο είναι άκρως ενδιαφέρουσα.

Ωστόσο, ανεξάρτητα από το πόσο ενδιαφέρον είναι το ερώτημα αν υπάρχει το μποζόνιο Higgs, αυτό δεν είναι η κυρίαρχη πηγή της μάζας στο σύμπαν. Οφείλεται, σε μια καλά κατανοητή θεωρία, στην ισχυρή πυρηνική δύναμη κι αυτός είναι ο λόγος που έχουμε τη μάζα που βλέπουμε.